Система управления линейным двигателем постоянного тока

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

<)980241 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 280581 (21) 3294121/24-07 с присоединением заявки Мо (23) ПриоритетОпубликовано 07.12.82. Бюллетень Мо 45

Дата опубликования описания 07,1282 ра)М g+ з

Н 02 P 7/62

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий

)53) УДК 621. 313. 13-525(088.8) 1

),, «" «,;

) --.

1»"

),к " л (72) Авторы изобретения

B„C. Крапивин и С.П. Сарычев (71) Заявитель (54) СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ЛИНЕЙНЫМ ДВИГАТЕЛЕМ

ПОСТОЯННОГО ТОКА

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах электропривода промышленных роботов и манипуляторов, дозирующих устройств, транспортных средств, различных исполнительных механизмов автоматики.

Известна система управления линейным двигателем постоянного тока, содержащая усилитель мощности, выполненный в виде тиристорного преобразователя, соединенный посредством распределителя с силовыми обмотками двигателя, датчики конечных положений якоря внутри силовых обмоток (датчики шагов), подключенные к распределителю и программный блок, представляющий собой схемы регулируемых задержек фронтов управляющих импульсов н устанок выходного напряжения усилителя мощности. Система работает в режиме самокоммутации.

Синхронизация импульсов управления в ней осуществляется автоматически от датчиков шагов, что обеспечивает нысокую эффективность использования двигателя по скорости днижения якоря и величине тягового усилия (1).

Однако данная система управления характеризуется сравнительно невыr сокой точностью регулирования ско- рости движения якоря и фиксации его в заданном положении °

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является система управления линейным двигателем постоянного тока, содержащая коммутатор обмоток двигателя, связанный входами с датчиками шагов подвижного элемента и выходом усилителя мощности, подключенного входом к выходу элемента сравнения, соединенного одним своим входом с выходом блока многократного дифференцирования, связанного своим входом с входом блока задания и выходом датчика перемещения подвижного элемента Г2).

Укаэанная система реализует управление скоростью двигателя с органиэацией скользящих режимов (высокочастотных автоколебаний) . Наличие в системе высокочастотных колебаний приводит к снижению КПД и ухудшению

25 качества движения.

Цель изобретения - повышение КПД системы, Постанленная цель достигается тем, что система управления линейным

З0 двигателем постоянного тока, содер«

980241 жащая коммутатор обмоток двигателя, связанный входами с датчиками шагов подвижного элемента и выходом усилителя мощности, подключенного входом к выходу элемента сравнения, соединенного одним своим входом с выходом блока многократного дифференцирования, связанного своим входом с входом блока задания и выходом датчика перемещения подвижного элемента, снабжена интегратором, суммирующим блоком, блоком компенсации и блоком сравнения, подключенным одним входом к выходу датчика перемещения подвижного элемента, а выходом через последовательно включенные интегратор, блок компенсации и суммирунилий блок — к второму входу элемента сравнения, причем второй вход суммирующего блока соединен с выходом блока задания.

На чертеже изображена функциа-, нйльная схема системы управления линейным двигателем постоянного тока, Система управления содержит усилитель 1 мощности, через коммутатор

2, соединенный с обмотками линейного двигателя 3, датчики 4 шагов подвижного элемента двигателя 3, подсоединенные к коммутатору 2, датчик 5 перемещения подвижного элемента, связанный с блоком б задания желаемого значения. старшей производной выходной величины и блоком 7 многократного дифференцирования., подсоединейным через элемент 8 сравнения к усилителю 1 мощности, а также последовательно соединенные между собой коммутирующий блок 9, блок 10 компенсации, интегратор ll, блок .12 сравнения и программный блок 13. Блок 12 сравнения подключен также к выходу датчика 5 перемещения, а суммирующий блок 9 своим выходом подсоединен к входу элемента 8 сравнения, Система управления работает следующим образом.

При появлении на выходе программного блока 13 задающего сигнала

Х (t) на выходе блока 12 сравнения возникает сигнал рассогласования

Х -Х, который затем, пройдя через блоки 9 — 11 совместно с сигналами, поступающими с выходов блоков б и 7 участвует в формировании управляющего воздействия на выходе элемента 8 сравнения. Усиленный сигнал с выхода усилителя 1 мощности через коммутатор 2 поступает на одну из обмоток двигателя 3. Это приводит к формированию тягового усилия, обеспечивающего желаемое движение подвижного элемента двигателя 3 в соответствии с уравнением, задаваемым блоком б.

Во многих случаях математическая модель линейного двигателя постоянного тока аппроксимируется системой обыкновенных дифференциальных уравнений третьего порядка (n = 3). Тогда старшей производной выходной величины Х является третья производная - Х, где Х - выходная величина системы — перемещение подвижного элемента двигателя .3. Таким образом

<11 блок б задания желаемого значения Х выполняет функцию блока задания желаемого уравнения движения системы, разрешенного относительно старшей производной выходной величины. Блок, б задания может быть выполнен, например, в виде усилителя постоянноготака с суммирующими входами, число которых равно числу выходов блока многократного дифференцирования 7, 10 (5

В этом случае желаемое уравнение движения конструируется в ниде

Ю (Р)=

Х(Р) ео ( (0(а) рЭ д Р2+А а+А (27

Из (2) следует, что в этом случае движение системы подчиняется заданному (1).

Астатизм первого порядка в рассматриваемой системе обеспечивается блоками 9 — 12, а передаточная функция системы записывается в виде, (Р) 1о 11 ч о (Р) а (а) а-"(Р)-В

Р + Д а +Я а+ Д +% (Р).% (P).Ф (а). Е, О Ю 11

11(р7. ,W

Учитывая, что Х.(0(„,7 = W (7 — получаем

Кр

55 к е

19(Р).

2 1 7(оа о Ео

4 3 2 (з) ГДЕ W o,ð7- ПЕРедаточная Функция блока 10; И„„(р7 - передаточная функция блока 11; Ко - коэффициент передачи интегратора 11.

Выражение (3) Позволяет рассчи65 тать параметры блоков системы для

20 Х вЂ” АХ+A„Х+A Х+ В Х, (1) где A,A2 AO Âî - постоянные коэф фициейты; Х вЂ” йредписанное значение

00 выходной величины на выходе блока 13 °

Оценка производных при этом определяется при помощи блока 7 многократного дифференцирования, инерционность которого характеризуется передаточной Функцией И1(Р), Передаточная функция системы управления нелинейным и нестационарным объектом по старшей производной выходной величины при большом коэффициенте усиления усилителя мощности 1 может быть описана выражением

980241

Формула изобретения

25 получения требуемого качества движения.

Реализация в системе астатического непрерывного закона управления линейным двигателем постоянного тока по старшей производной выходной величины приводит к снижению потерь в стали и меди двигателя, величины потребляемой электрической энергии.

Все это и приводит к повышению коэффициента полезного действия всей 10 системы управления в целом (ориентировочно на, 15-30%).

Система управления линейным двигателем постоянного тока, содержащая коммутатор обмоток двигателя, связанный входами с датчиками шагов подвижного элемента и выходом усилителя мощности, подключенного входом к выходу элемента сравнения,соединенного одним своим входом с выходом блока многократного дифференцирования, связанного своим входом с входом блока задания и выходом датчика перемещения подвижного элемента, отличающаяся тем, что, с целью повьыения КПД, она снабжена интегратором, суммирующим блоком, блоком компенсации и блоком сравнения, подключенным одним входом к выходу датчика перемещения подвижного элемента, а выходом через последовательно включенные интегратор, блок компенсации и суммирующий блок - к второму входу элемента, сравнения, причем второй вход суммирующего блока соединен с выходом блока задания. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Ряшенцев Н.A. и др. Система питания, управления и защиты само настраивающейся многосекционной электромагнитной машины возвратнопоступательного движения, В кн,: Силовые импульсные системы .

Труды Всесоюзного совещания, ч.1, Новосибирск, 1969, с. 21-25, 2. Авторское свидетельство СССР по заявке 9 2714733/24-07, кл. Н 02 Р 7/62, 1980 °

ВНИИПИ Заказ 9378/46

Тираж 721 Подписное

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4